Резьбофреза: как фрезеруют резьбу на ЧПУ
Резьбофреза нарезает резьбу не осевой подачей, как метчик, а по винтовой траектории: станок одновременно ведёт фрезу по окружности в плоскости XY и смещает её по Z на шаг за оборот. Поэтому одной фрезой с шагом 1,5 мм можно сделать М10, М12×1,5 или М20×1,5, правую и левую резьбу. Ниже разбираем типы резьбофрез, выбор, режимы и программу.
Как работает резьбофреза
Резьбофреза похожа на концевую фрезу, у которой на боковой поверхности вместо прямых кромок профиль резьбы. Её диаметр меньше резьбы: фреза входит в просверленное отверстие, по дуге врезается в стенку и делает винтовой проход. За полный оборот вокруг оси отверстия фреза смещается по Z ровно на шаг.
Траекторию задают командами круговой интерполяции G02 или G03 с одновременным перемещением по Z. Шпиндель вращается по часовой стрелке (M03), а направление обхода и движение по Z определяют, какая получится резьба:
- внутренняя правая: G03, снизу вверх, Z в плюс;
- внутренняя левая: G03, сверху вниз;
- наружная правая: G02, сверху вниз;
- наружная левая: G02, снизу вверх.
Во всех четырёх случаях фреза работает попутным фрезерованием: так меньше нагрев, отжим инструмента и вибрации. Диаметр резьбы задают корректором на радиус, и при износе фрезы размер подправляют в таблице коррекций, а не меняют инструмент.
Однозубые, трёхзубые и многозубые резьбофрезы
В нашем каталоге есть все три типа, все твердосплавные монолитные, с профилем 60° под метрическую резьбу.
- Однозубые, серия 1T. Один зуб профиля проходит резьбу виток за витком, нагрузка на фрезу минимальная, вибраций меньше. Подходят для внутренней и наружной резьбы, цикл самый длинный. Пример: 1T-M10×1,5 с хвостовиком 10 мм.
- Трёхзубые, серия 3T. По описанию в карточке тоже работают по внутренней и наружной резьбе. Зубьев больше, чем у однозубой, поэтому цикл короче, а нагрузка выше. Пример: 3T-M12×1,75 с хвостовиком 10 мм.
- Многозубые полного профиля, серия M. Если зубчатая часть длиннее резьбы, всю резьбу делают за один оборот по винтовой траектории, это самый короткий цикл и самая простая программа, но и самая большая нагрузка. В карточках серии указано: для внутренней резьбы, покрытие TiAlN, нужно внешнее охлаждение. Пример: M12×1,75 с хвостовиком 10 мм.
Как читать обозначение 1T-M10x1.5xd10: 1T значит один зуб, M10x1.5 резьба М10 с шагом 1,5 мм, под которую рассчитана фреза, d10 диаметр хвостовика. У небольших размеров хвостовик толще отверстия под резьбу, режет только утонённая шейка с зубом, и её длина ограничивает глубину резьбы.
Резьбофреза или метчик
| Параметр | Резьбофреза | Метчик |
|---|---|---|
| Поломка в детали | обломок легко извлекается, деталь обычно спасают | обломок застревает в резьбе, извлечение дорогое |
| Диаметры | одна фреза на разные диаметры с одним шагом | свой метчик на каждый размер |
| Правая и левая резьба | одна фреза, меняется программа | отдельный метчик |
| Наружная резьба | да, фрезами 1T и 3T | нет, нужна плашка или резец |
| Поле допуска | подбирается корректором | задано метчиком |
| Резьба у дна глухого отверстия | почти до дна | мешает заборная часть |
| Нагрузка на шпиндель | низкая | высокий крутящий момент |
| Время цикла | у многозубой близко к метчику, у однозубой дольше | короткое |
| Оборудование | станок с ЧПУ и винтовой интерполяцией | сверлильный или токарный станок, вороток |
Метчик выигрывает по времени на массовых мелких резьбах в обычной стали. Резьбофреза окупается на дорогих деталях, где сломанный метчик означает брак, в твёрдых и вязких материалах, на крупных резьбах, когда не хватает момента шпинделя, и там, где на одной детали несколько диаметров с одним шагом. В примере одного из производителей мини-резьбофреза нарезала 84 резьбы М4×0,7 глубиной 8 мм в закалённой инструментальной стали твёрдостью 60-62 HRC: скорость 44 м/мин, подача 0,03 мм на зуб, охлаждение эмульсией.
Как выбрать резьбофрезу
- Шаг. Он должен точно совпадать с шагом резьбы, для метрической резьбы нужен профиль 60°.
- Диаметр фрезы. Рабочая часть должна свободно входить в отверстие. Для внутренней резьбы рекомендуют фрезу диаметром 50-70 % от диаметра резьбы: тонкая фреза точнее формирует профиль и легче выводит стружку, но она менее жёсткая.
- Глубина. Длина шейки или зубчатой части должна перекрывать глубину резьбы с запасом.
- Тип. Однозубая при нежёсткой системе, длинном вылете и в трудных материалах, многозубая полного профиля для серий и короткого цикла.
- Закрепление. Резьбофреза режет боковой поверхностью, поэтому нужны жёсткий патрон с малым биением и короткий вылет. Для серии M в карточке указана совместимость с усиленными цангами.
- Вид резьбы. Серии 1T и 3T подходят для внутренней и наружной резьбы, серия M по описанию только для внутренней.
Режимы резания и подача по центру фрезы
Стартовые значения для монолитных твердосплавных резьбофрез из каталога одного из производителей приведены ниже. Для конкретной фрезы ориентируйтесь на данные её производителя.
| Группа ISO | Материал | vc, м/мин | fz для фрезы Ø8 мм, мм |
|---|---|---|---|
| P | углеродистые стали до 0,55 % C | 100-250 | 0,07 |
| P | легированные и термообработанные стали | 90-160 | 0,04 |
| M | аустенитные нержавеющие стали | 60-120 | 0,04 |
| K | чугун | 70-150 | 0,07 |
| N | алюминий до 12 % Si, медь | 150-350 | 0,07 |
| S | никелевые и титановые сплавы | 20-80 | 0,03 |
| H | закалённые стали 45-50 HRC | 60-70 | 0,04 |
Для фрез с длинной зубчатой частью тот же производитель советует снижать подачу на 40 %.
Главная ловушка в подаче. Подачу на зуб задают для режущей кромки, а станок ведёт по окружности центр фрезы, и эта окружность меньше. Для внутренней резьбы подачу по центру считают так: vf = vfm × (D − d) / D, где vfm = n × fz × z это подача по кромке, D диаметр резьбы, d диаметр фрезы. Для наружной резьбы множитель (D + d) / D. Без пересчёта фреза перегружается: в примере одного из производителей для резьбы М6×1 фрезой диаметром 4,8 мм подача по кромке 238 мм/мин, а по центру всего 47 мм/мин.
Число радиальных проходов в стали обычно такое: при шаге до 1,75 мм один проход, при 1,75-2,5 мм два, при 2,5-6 мм три. Алюминий и латунь режут за один проход при любом шаге, для титана и никелевых сплавов добавляют ещё один проход.
Пример программы: G03 с подачей по Z
Задача: внутренняя правая резьба М12×1,75 глубиной 20 мм в легированной стали. Для примера возьмём многозубую фрезу полного профиля с рабочим диаметром 8 мм и четырьмя зубьями, зубчатая часть длиннее резьбы. Отверстие 10,2 мм просверлено, его ось в точке X0 Y0, верх детали на Z0.
Режимы по таблице: vc = 120 м/мин, fz = 0,04 мм. Обороты n = 1000 × 120 / (π × 8) ≈ 4775 об/мин. Подача по кромке vfm = 4775 × 0,04 × 4 ≈ 764 мм/мин, по центру vf = 764 × (12 − 8) / 12 ≈ 255 мм/мин. Радиус траектории центра A = (12 − 8) / 2 = 2 мм, программа написана на центр фрезы.
| Кадр | Что делает |
|---|---|
| G90 G54 G00 X0 Y0 S4775 M03 | выход на ось отверстия, шпиндель по часовой стрелке |
| G43 H01 Z5 M08 | коррекция длины, подвод к детали, включение СОЖ |
| G00 Z-20 | опускание: нижний зуб на глубине резьбы |
| G91 G01 G41 D01 X1 Y-1 F127 | подход к началу дуги врезания с коррекцией на радиус (в D01 только износ), подача 50 % |
| G03 X1 Y1 R1 Z0.22 | врезание по дуге касательно к стенке с подъёмом на 1/8 шага |
| G03 X0 Y0 I-2 J0 Z1.75 F255 | полный оборот 360° с подъёмом на шаг 1,75 мм |
| G03 X-1 Y1 R1 Z0.22 | выход из резьбы по дуге |
| G01 G40 X-1 Y-1 | возврат на ось отверстия, отмена коррекции |
| G90 G00 Z50 M09 | отвод и выключение СОЖ |
Однозубой фрезой эту резьбу делают так же, но кадр полного оборота повторяют в приращениях столько раз, сколько витков в резьбе: на длине 20 мм при шаге 1,75 мм это 12 оборотов. Перед первым резом программу прогоняют выше детали и проверяют направление обхода, а диаметр подгоняют корректором D01 по резьбовому калибру.
СОЖ и типичные проблемы
Резьбофреза даёт короткую стружку, но в глухом отверстии её нужно вымывать, поэтому полезна подача СОЖ через инструмент. Для фрез серии M внешнее охлаждение прямо указано в карточке. Нехватка СОЖ ускоряет износ по задней поверхности и даёт нарост на кромке.
- Конусная резьба. Фрезу отжимает: добавьте радиальный проход, уменьшите нагрузку и вылет.
- Не проходит калибр. Причина в отжиме фрезы или ошибке программы: добавьте проход, снизьте подачу, проверьте корректор.
- Вибрации и рябь. Высокая подача, крупный профиль или длинная резьба: снизьте подачу, добавьте проход, сократите вылет.
- Нарост на кромке. Скорость слишком низкая или не хватает СОЖ.
- Сколы и поломки. Высокая нагрузка на кромку, плохой отвод стружки, вибрации.
Выбрать жидкость под станок и материал помогут статьи СОЖ для фрезерного станка и как выбрать СОЖ для станка с ЧПУ на нашем сайте, готовые составы собраны в разделе СОЖ для станков с ЧПУ каталога. Отверстие под резьбу сверлят по таблице из статьи отверстие под резьбу по ГОСТ 19257.
Частые вопросы
Можно ли одной резьбофрезой сделать резьбы разного диаметра?
Да, если у них одинаковый шаг и фреза свободно входит в отверстие. Фрезой с шагом 1,5 мм делают М10, М12×1,5, М16×1,5 и более крупные резьбы, глубину ограничивает длина рабочей части.
Как нарезать левую резьбу резьбофрезой?
Той же фрезой, меняется только программа: для внутренней левой резьбы G03 сверху вниз, для наружной левой G02 снизу вверх. Шпиндель по-прежнему вращается по часовой стрелке.
Какой диаметр отверстия нужен под резьбофрезу?
Такой же, как под метчик, в пределах допуска внутреннего диаметра резьбы, например 8,5 мм под М10. Значения по ГОСТ 19257 собраны в таблице отверстий под резьбу.
Почему после резьбофрезы резьба получилась конусной?
Фрезу отжимает от стенки из-за большой нагрузки или длинного вылета. Добавьте радиальный проход, снизьте подачу и сократите вылет фрезы.
Нужна ли СОЖ при фрезеровании резьбы?
Да. Для многозубых фрез серии M в карточке прямо указано внешнее охлаждение, а в глухих отверстиях СОЖ вымывает стружку. Нехватка охлаждения ведёт к износу задней поверхности и наросту на кромке.
Подберём резьбофрезу под шаг, диаметр и материал и посчитаем стартовые режимы для вашего станка. Звоните +7 (495) 135-25-88 или смотрите резьбофрезы в каталоге: однозубые 1T, трёхзубые 3T и многозубые полного профиля от М1 до М24, доставка по России.
